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CN111440498A - 一种高硬度单组份水性涂料及其制备方法 - Google Patents

一种高硬度单组份水性涂料及其制备方法 Download PDF

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CN111440498A
CN111440498A CN202010379898.3A CN202010379898A CN111440498A CN 111440498 A CN111440498 A CN 111440498A CN 202010379898 A CN202010379898 A CN 202010379898A CN 111440498 A CN111440498 A CN 111440498A
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岳子林
彭延泉
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Shandong Qiwei New Materials Co ltd
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Shandong Qiwei New Materials Co ltd
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Abstract

本发明涉及一种水性工业涂料，具体的说是一种高硬度单组份水性涂料及其制备方法，所述高硬度单组份水性涂料包括水性树脂、水性乳液、催干剂、常规助剂、中和剂、颜料、填料、去离子水、增稠剂、溶剂，本发明中的高硬度单组份水性涂料是通过选择合适的改性丙烯酸树脂与高TG值的水性丙烯酸乳液进行混拼并搭配合适的颜料、填料和助剂来实现完成，不但保证成膜性的同时又能改善成膜速度，进而提高干燥速度，制备的成品涂料硬度提升快，耐盐雾性能佳，硬度能够提高到H级，对人体无害，环保性能佳等特点；本发明的制备工艺简单，容易操作，生产成本低，提高工作效率。

Description

一种高硬度单组份水性涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水性工业涂料，具体的说是一种具有高硬度且漆膜具有较强附着力和较好耐盐雾性能的水性单组份涂料。
背景技术
现有制备单组份涂料的方法，往往使用稀料作为稀释剂，此种方法制备的涂料中常常含有甲醛、甲苯、二甲苯等有毒有害物质，严重污染大气环境，不利于保护人身生命、财产安全，同时传统的水性单组份涂料硬度较低，最高可达HB，且漆膜耐盐雾性能较差等特性。
因此，亟待需要研发一种高硬度单组份水性涂料，对人身体无害，且硬度高、耐盐雾性能好的水性涂料。
发明内容
本发明为了解决上述单组份涂料中不环保对环境污染严重、硬度低、漆膜耐盐雾性能较差等问题，本发明提供一种高硬度单组份水性涂料及其制备方法，制得的单组份水性涂料，具有硬度高、硬度能够提高到H级，耐盐雾等耐性性能佳，对人体无害，环保性能佳等特点，其制备方法简单，降低生产成本。
本发明的目的在于提供一种高硬度单组份水性涂料，通过选择合适的改性丙烯酸树脂与高TG丙烯酸乳液进行混拼，利用改性丙烯酸树脂具有较好的耐盐雾性能，高TG丙烯酸乳液在成膜后可以提高涂料高硬度的特性，再搭配合适的颜料、填料及常规助剂来提高漆膜的硬度，硬度能够提高到H级，同时又能改善漆膜的耐盐雾性能。所述高硬度单组份水性涂料包括水性树脂、水性乳液、催干剂、常规助剂、中和剂、颜料、填料、去离子水、增稠剂、溶剂。
进一步，按质量份数计，所述高硬度单组份水性涂料包括水性树脂20-30份、水性乳液10-15份、催干剂0-0.5份、常规助剂1-4份、中和剂0-0.3份、颜料5-10份、填料15-30份、去离子水25-35份、增稠剂0-1份、溶剂2-4份。
进一步，所述水性树脂的pH值为7-9，不挥发份为72±2％，密度为1.02g/cm2棕色粘稠状的水性改性丙烯酸树脂。
进一步，所述常规助剂为分散剂、水性有机硅消泡剂、流平剂和基材润湿剂；
按质量份数计，以常规助剂为基础份数1计算，所述分散剂0.4-2份、水性有机硅消泡剂0.2-0.5份、流平剂0.2-0.7份和基材润湿剂0.2-0.8份。
进一步，所述的中和剂为N,N-二甲基乙醇胺。
进一步，所述的颜料为炭黑颜料或钛白颜料。
进一步，所述的溶剂为乙二醇单丁醚和醇酯-12的混合物，按质量份数比乙二醇单丁醚：醇酯-12为1:1。
进一步，所述的填料为硫酸钡、磷铁粉的混合复配，复配比例按质量份数比硫酸钡：磷铁粉为1:1-1:2。
进一步，所述的增稠剂为聚氨酯缔合型流变助剂或碱增稠助剂中的任意一种或两种组合。
进一步，所述水性乳液为水性丙烯酸乳液，TG值为68℃，其选用水性丙烯酸乳液可以快速提高漆膜的成膜速度，而且具有较好的耐水性和耐盐雾性。
本发明的另一个目的在于提供一种高硬度单组份水性涂料的制备方法，具体步骤如下，按质量份数计：所述高硬度单组份水性涂料包括水性树脂20-30份、水性乳液10-15份、催干剂0-0.5份、常规助剂1-4份、中和剂0-0.3份、颜料5-10份、填料15-30份、去离子水25-35份、增稠剂0-1份、溶剂2-4份；
按质量份数计，以常规助剂为基础份数1计算，所述分散剂0.4-2份、水性有机硅消泡剂0.2-0.5份、流平剂0.2-0.7份和基材润湿剂0.2-0.8份；
制备方法为：
(1)分别将中和剂、去离子水各平均分为两份，即中和剂A、中和剂B、去离子水A、去离子水B；
(2)将去离子水A、分散剂、中和剂A，水性有机硅消泡剂、颜料、填料在搅拌状态下依次加入到容器中，保持转速为800r/min，搅拌20分钟，得到混合物；
(3)将步骤(2)中得到的混合物转入研磨器内，研磨至细度≤20μm，结束研磨，得到水浆，备用；
(4)将水性树脂加入新容器中，搅拌状态下依次加入中和剂B，催干剂，溶剂及去离子水B，充分搅拌均匀，转速为800r/min，搅拌20分钟，然后加入步骤(3)中得到的水浆，继续搅拌均匀，得到物料；
(5)将水性乳液加入到步骤(4)得到的物料中，并在搅拌状态下加入基材润湿剂、流平剂和增稠剂后，混合均匀，得到的物料，转速为1000r/min，搅拌20分钟，得到产品。
本发明的有益效果为：
1.本发明提供一种高硬度单组份水性涂料及其制备方法，本发明中的高硬度单组份水性涂料是通过选择合适的改性丙烯酸树脂与高TG值的水性丙烯酸乳液进行混拼并搭配合适的颜料、填料和常规助剂来实现完成，不但保证成膜性的同时又能改善成膜速度，进而提高干燥速度，制备的成品涂料硬度提升快，耐盐雾性能佳，达到400h，硬度能够提高到H级，表干速度快，稳定性好，无甲醛、甲苯、二甲苯等有毒有害物质，避免对大气环境的污染，对人体无害，环保性能佳等特点。
2.本发明提供一种高硬度单组份水性涂料的制备方法，其制备方法简单，降低生产成本，制得的单组份水性涂料，具有硬度高、硬度能够提高到H级，耐盐雾等耐性性能佳，对人体无害，环保性能佳等特点。
3.本发明提供一种高硬度单组份水性涂料，通过选择合适的改性丙烯酸树脂与高TG丙烯酸乳液进行混拼，利用改性丙烯酸树脂具有较好的耐盐雾性能，高TG丙烯酸乳液在成膜后可以提高涂料高硬度的特性，再搭配合适的颜料、填料及常规助剂来提高漆膜的硬度，硬度能够提高到H以上，同时又能改善漆膜的耐盐雾性能，使漆膜的耐盐雾等性能有较大提升。
4.本发明提供一种高硬度单组份水性涂料，当水性改性丙烯酸树脂与水性丙烯酸乳液搭配使用，通过中和剂调整pH可以使混拼体系保持稳定状态，能够长时间储存并正常使用；增稠剂调整涂料粘度，便于施工；使用磷铁粉等硬质填料对硬度和耐盐雾性能均有提高。
5.本发明提供一种高硬度单组份水性涂料，当水性改性丙烯酸树脂与水性丙烯酸乳液搭配使用，通过中和剂调整pH可以使混拼体系保持稳定状态，能够长时间储存并正常使用；增稠剂调整涂料粘度，便于施工；使用磷铁粉等硬质填料对硬度和耐盐雾性能均有提高；
6.本发明提供一种高硬度单组份水性涂料，本申请中各原料间通过复合搭配得到的涂料硬度好，稳定性好，耐盐雾性能佳，缺少水性改性丙烯酸树脂与水性丙烯酸乳液，得到的涂料其耐盐雾性能差，硬度低，表干速度慢；缺少催干剂影响产品的干燥速度；缺少N,N-二甲基乙醇胺和增稠剂则影响涂料的稳定性。
具体实施方式：
为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。
本发明中所用原材料均为市售产品。
所述水性树脂的pH值为7-9，不挥发份为72±2％，密度为1.02g/cm2棕色粘稠状的水性改性丙烯酸树脂。
所述水性乳液为水性丙烯酸乳液，TG值为68℃；
所述的中和剂为N,N-二甲基乙醇胺；
所述的颜料为炭黑颜料或钛白颜料；
所述的增稠剂为聚氨酯缔合型流变助剂或碱增稠助剂中的任意一种或两种组合；
实施例1
一种高硬度单组份水性涂料的制备方法，具体步骤如下，按质量份数计：所述高硬度单组份水性涂料包括水性改性丙烯酸树脂20份、水性丙烯酸乳液10份、催干剂0.3份、常规助剂1.8份(常规助剂包括分散剂1份、水性有机硅消泡剂0.2份、流平剂0.3份、基材润湿剂0.3份)、N,N-二甲基乙醇胺0.3份、炭黑颜料5份、填料30份、去离子水25份、聚氨酯缔合型流变助剂0.2份、溶剂2份；
所述的溶剂为乙二醇单丁醚和醇酯-12的混合物，按质量份数比乙二醇单丁醚：醇酯-12为1:1；
所述的填料为硫酸钡、磷铁粉的混合复配，复配比例按质量份数比硫酸钡：磷铁粉为1:1；
制备方法为：
(1)分别将N,N-二甲基乙醇胺、去离子水各平均分为两份，即N,N-二甲基乙醇胺A、N,N-二甲基乙醇胺B、去离子水A、去离子水B；
(2)将去离子水A、分散剂、N,N-二甲基乙醇胺A，水性有机硅消泡剂、炭黑颜料、填料在搅拌状态下依次加入到容器中，保持转速为800r/min，搅拌20分钟，得到混合物；
(3)将步骤(2)中得到的混合物转入研磨器内，研磨至细度≤20μm，结束研磨，得到水浆，备用；
(4)将水性改性丙烯酸树脂加入新容器中，搅拌状态下依次加入N,N-二甲基乙醇胺B、催干剂，溶剂及去离子水B，充分搅拌均匀，转速为800r/min，搅拌20分钟，然后加入步骤(3)中得到的水浆，继续搅拌均匀，得到物料；
(5)将水性丙烯酸乳液加入到步骤(4)得到的物料中，并在搅拌状态下加入基材润湿剂、流平剂和增稠剂，混合均匀，得到的物料，转速为1000r/min，搅拌20分钟，得到产品。
实施例2
一种高硬度单组份水性涂料的制备方法，具体步骤如下，按质量份数计：所述高硬度单组份水性涂料包括水性改性丙烯酸树脂22份、水性丙烯酸乳液11份、催干剂0.3份、常规助剂1.4份(分散剂0.8份、水性有机硅消泡剂0.3份、基材润湿剂0.3份)、N,N-二甲基乙醇胺0.1份、钛白颜料6份、填料25份、去离子水30份、碱增稠助剂0.2份、溶剂3份；
所述的溶剂为乙二醇单丁醚和醇酯-12的混合物，按质量份数比乙二醇单丁醚：醇酯-12为1:1；
所述的填料为硫酸钡、磷铁粉的混合复配，复配比例按质量份数比硫酸钡：磷铁粉为1:1；
制备方法为：
(1)分别将N,N-二甲基乙醇胺、去离子水各平均分为两份，即N,N-二甲基乙醇胺A、N,N-二甲基乙醇胺B、去离子水A、去离子水B；
(2)将去离子水A、分散剂、N,N-二甲基乙醇胺A，水性有机硅消泡剂、钛白颜料、填料在搅拌状态下依次加入到容器中，保持转速为800r/min，搅拌20分钟，得到混合物；
(3)将步骤(2)中得到的混合物转入研磨器内，研磨至细度≤20μm，结束研磨，得到水浆，备用；
(4)将水性改性丙烯酸树脂加入新容器中，搅拌状态下依次加入N,N-二甲基乙醇胺B，催干剂、溶剂及去离子水B，充分搅拌均匀，转速为800r/min，搅拌20分钟，然后加入步骤(3)中得到的水浆，继续搅拌均匀，得到物料；
(5)将水性丙烯酸乳液加入到步骤(4)得到的物料中，并在搅拌状态下加入基材润湿剂和增稠剂后，混合均匀，得到的物料，转速为1000r/min，搅拌20分钟，得到产品。
实施例3
一种高硬度单组份水性涂料的制备方法，具体步骤如下，按质量份数计：所述高硬度单组份水性涂料包括水性改性丙烯酸树脂24份、水性丙烯酸乳液12份、催干剂0.3份、常规助剂2.3份(分散剂1.3份、水性有机硅消泡剂0.4份、流平剂0.2份、基材润湿剂0.4份)、N,N-二甲基乙醇胺0.2份、炭黑颜料8份、填料25份、去离子水31份、溶剂4份；
所述的溶剂为乙二醇单丁醚和醇酯-12的混合物，按质量份数比乙二醇单丁醚：醇酯-12为1:1；
所述的填料为硫酸钡、磷铁粉的混合复配，复配比例按质量份数比硫酸钡：磷铁粉为1:2；
制备方法为：
(1)分别将N,N-二甲基乙醇胺、去离子水各平均分为两份，即N,N-二甲基乙醇胺A、N,N-二甲基乙醇胺B、去离子水A、去离子水B；
(2)将去离子水A、分散剂、N,N-二甲基乙醇胺A，水性有机硅消泡剂、炭黑颜料、填料在搅拌状态下依次加入到容器中，保持转速为800r/min，搅拌20分钟，得到混合物；
(3)将步骤(2)中得到的混合物转入研磨器内，研磨至细度≤20μm，结束研磨，得到水浆，备用；
(4)将水性改性丙烯酸树脂加入新容器中，搅拌状态下依次加入N,N-二甲基乙醇胺B，催干剂，溶剂及去离子水B，充分搅拌均匀，转速为800r/min，搅拌20分钟，然后加入步骤(3)中得到的水浆，继续搅拌均匀，得到物料；
(5)将水性丙烯酸乳液加入到步骤(4)得到的物料中，并在搅拌状态下加入基材润湿剂与流平剂后，混合均匀，得到的物料，转速为1000r/min，搅拌20分钟，得到产品。
实施例4
一种高硬度单组份水性涂料的制备方法，具体步骤如下，按质量份数计：所述高硬度单组份水性涂料包括水性改性丙烯酸树脂26份、水性丙烯酸乳液13份、催干剂0.4份、常规助剂2.8份(分散剂1.8份、水性有机硅消泡剂0.4份、流平剂0.2份、基材润湿剂0.4份)、钛白颜料8份、填料22份、去离子水23份、聚氨酯缔合型流变助剂0.8份、溶剂3份；
所述的溶剂为乙二醇单丁醚和醇酯-12的混合物，按质量份数比乙二醇单丁醚：醇酯-12为1:1；
所述的填料为硫酸钡、磷铁粉的混合复配，复配比例按质量份数比硫酸钡：磷铁粉为1:1.5；
制备方法为：
(1)分别将去离子水各平均分为两份，即去离子水A、去离子水B；
(2)将去离子水A、分散剂、水性有机硅消泡剂、炭黑颜料、填料在搅拌状态下依次加入到容器中，保持转速为800r/min，搅拌20分钟，得到混合物；
(3)将步骤(2)中得到的混合物转入研磨器内，研磨至细度≤20μm，结束研磨，得到水浆，备用；
(4)将水性改性丙烯酸树脂加入新容器中，搅拌状态下依次加入催干剂，溶剂及去离子水B，充分搅拌均匀，转速为800r/min，搅拌20分钟，然后加入步骤(3)中得到的水浆，继续搅拌均匀，得到物料；
(5)将水性丙烯酸乳液加入到步骤(4)得到的物料中，并在搅拌状态下加入基材润湿剂、流平剂和增稠剂后，混合均匀，得到的物料，转速为1000r/min，搅拌20分钟，得到产品。
对照例1对照例1与实施例1相比，不同的是对照例1中不添加水性乳液，加入30份水性树脂，其他组分和制备方法均相同。
对照例2
对照例2与实施例1相比，不同的是对照例2中不添加水性树脂，加入30份水性乳液，其他组分和制备方法均相同。
对照例3
对照例3与实施例1相比，不同的是对照例3中水性树脂的添加量为10份，水性乳液5份，其他组分和制备方法均相同。
对照例4
对照例4与实施例1相比，不同的是对照例4中只加入30份的硫酸钡，其他组分和制备方法均相同。
对照例5
对照例5与实施例1相比，不同的是对照例5中只加入30份的磷铁粉，其他组分和制备方法均相同。
对照例6
对照例6与实施例1相比，不同的是对照例6中缺少催干剂，其他组分和制备方法均相同。
将实施例1至实施例4、对照例1-对照例6中的产品进行产品性能指标测试：
表1：实施例1至实施例4、对照例1-对照例6中产品性能指标测试：
Figure BDA0002479726120000071
由上表1可以看出，选择合适的水性改性丙烯酸树脂与高TG值的水性丙烯酸乳液进行混拼并搭配合适的颜料、填料和助剂来实现得到高硬度单组份水性涂料，其成品涂料硬度提升快，硬度能够提高到H级，耐盐雾性能佳，达到400h，表干速度快，稳定性好；
当水性改性丙烯酸树脂与水性丙烯酸乳液搭配使用，通过中和剂调整pH可以使混拼体系保持稳定状态，能够长时间储存并正常使用；增稠剂调整涂料粘度，便于施工；使用磷铁粉等硬质填料对硬度和耐盐雾性能均有提高；
本申请中各原料间通过复合搭配得到的涂料硬度好，稳定性好，耐盐雾性能佳，缺少水性改性丙烯酸树脂与水性丙烯酸乳液，得到的涂料其耐盐雾性能差，硬度低，表干速度慢；缺少催干剂影响产品的干燥速度；缺少N,N-二甲基乙醇胺和增稠剂则影响涂料的稳定性。
对本申请实施例1中得到的产品，对照组7-9(其中对照组7-9采用现有3家公司的市售产品，对照组7购自东营旺润石化有限公司，产品名称为水乳型防水涂料单组份聚氨酯防水涂料，对照组8购自上海密恩诗化学建材有限公司，产品名称为水性机电设备用环氧底漆NL-510，对照组9购自北京爱尔斯姆科技有限公司，产品名称为TH-21高硬度耐指纹防锈透明水性防腐涂料)，进行产品性能指标测试：
表2：实施例1、对照组7-9中的产品进行性能指标测试：
性能指标 实施例1 对照组7 对照组8 对照组9
硬度 H HB B B
表干速度/25℃,min 18 30 35 32
耐盐雾性能 420 240 200 220
抗冲击性能/cm 50 50 50 50
热储效果(50℃X7d) 良好 良好 良好 良好
由表2可知：本发明涂料性能明显优于市售其他品牌产品性能，特别是在硬度、表干速度与耐盐雾性能方面较其他厂家产品有较大的提升。可见，改性丙烯酸树脂通过与高TG丙烯酸乳液混拼之后再搭配合适的填料是能够提高硬度、表干速度及耐盐雾等产品性能的。
本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高硬度单组份水性涂料，其特征在于，所述高硬度单组份水性涂料包括水性树脂、水性乳液、催干剂、常规助剂、中和剂、颜料、填料、去离子水、增稠剂、溶剂。
2.根据权利要求1所述的一种高硬度单组份水性涂料，其特征在于：按质量份数计，所述高硬度单组份水性涂料包括水性树脂20-30份、水性乳液10-15份、催干剂0-0.5份、常规助剂1-4份、中和剂0-0.3份、颜料5-10份、填料15-30份、去离子水25-35份、增稠剂0-1份、溶剂2-4份。
3.根据权利要求1述的一种高硬度单组份水性涂料，其特征在于：所述水性树脂的pH值为7-9，不挥发份为72±2％，密度为1.02g/cm2棕色粘稠状的水性改性丙烯酸树脂。
4.根据权利要求1述的一种高硬度单组份水性涂料，其特征在于：所述常规助剂为分散剂、水性有机硅消泡剂、流平剂和基材润湿剂；
按质量份数计，以常规助剂为基础份数1计算，所述分散剂0.4-2份、水性有机硅消泡剂0.2-0.5份、流平剂0.2-0.7份和基材润湿剂0.2-0.8份。
5.权利要求1所述的一种高硬度单组份水性涂料，其特征在于：所述的中和剂为N,N-二甲基乙醇胺。
6.根据权利要求1所述的一种高硬度单组份水性涂料，其特征在于：所述的水性乳液为水性丙烯酸乳液，TG值为68℃。
7.根据权利要求1所述的一种高硬度单组份水性涂料，其特征在于：所述的溶剂为乙二醇单丁醚和醇酯-12的混合物，按质量份数比乙二醇单丁醚：醇酯-12为1:1。
8.根据权利要求1所述的一种高硬度单组份水性涂料，其特征在于：所述的填料为硫酸钡、磷铁粉的混合复配，复配比例按质量份数比硫酸钡：磷铁粉为1:1-1:2；
所述的颜料为炭黑颜料或钛白颜料。
9.根据权利要求1所述的一种高硬度单组份水性涂料，其特征在于：所述的增稠剂为聚氨酯缔合型流变助剂或碱增稠助剂中的任意一种或两种组合。
10.如权利要求1或2任一所述的一种高硬度单组份水性涂料的制备方法，其特征在于：具体步骤如下，按质量份数计：所述高硬度单组份水性涂料包括水性树脂20-30份、水性乳液10-15份、催干剂0-0.5份、常规助剂1-4份、中和剂0-0.3份、颜料5-10份、填料15-30份、去离子水25-35份、增稠剂0-1份、溶剂2-4份；
按质量份数计，以常规助剂为基础份数1计算，所述分散剂0.4-2份、水性有机硅消泡剂0.2-0.5份、流平剂0.2-0.7份和基材润湿剂0.2-0.8份；
制备方法为：
(1)分别将中和剂、去离子水各平均分为两份，即中和剂A、中和剂B、去离子水A、去离子水B；
(2)将去离子水A、分散剂、中和剂A，水性有机硅消泡剂、颜料、填料在搅拌状态下依次加入到容器中，保持转速为800r/min，搅拌20分钟，得到混合物；
(3)将步骤(2)中得到的混合物转入研磨器内，研磨至细度≤20μm，结束研磨，得到水浆，备用；
(4)将水性树脂加入新容器中，搅拌状态下依次加入中和剂B，催干剂，溶剂及去离子水B，充分搅拌均匀，转速为800r/min，搅拌20分钟，然后加入步骤(3)中得到的水浆，继续搅拌均匀，得到物料；
(5)将水性乳液加入到步骤(4)得到的物料中，并在搅拌状态下加入基材润湿剂、流平剂和增稠剂，混合均匀，得到的物料，转速为1000r/min，搅拌20分钟，得到产品。
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